Cygnus X-1 is veel zwaarder dan we dachten

Nieuwe waarnemingen van het allereerste zwarte gat ooit gevonden leiden bij astronomen tot vragen over wast ze nu eigenlijk weten over deze mysterieuze objecten in het heelal.

Deze week verscheen er in het tijdschrift Science een artikel dat aantoont dat het systeem dat we kennen als Cygnus X-1 het zwaarste stellaire zwarte gat bevat dat we zonder zwaartekrachtsgolven hebben ontdekt. Dit zwarte gat bevindt zich in de richting van het sterrenbeeld Zwaan – Cygnus.

Cygnus X-1 is een van de meest nabije zwarte gaten tot de Aarde. Het werd in 1964 ontdekt door middel van een paar Geigertellers aan boord van een sub-orbitale raket die vanuit New Mexico in de Verenigde Staten werd gelanceerd.

Deze animatie toont het Cygnus X-1 systeem, bestaande uit een zwart gat in een baan rond een reuzenster. Recente waarnemingen met behulp van radiotelescopen hebben aangetoond dat het systeem 20x verder weg is dan voorheen werd aangenomen. Het zwarte gat heeft een massa van 21 zonsmassa en is het daarmee het zwaarste stellaire gat dat zonder zwaartekrachtsgolven is gevonden. Credit: International Centre for Radio Astronomy Research

Het object was onderwerp van een beroemde wetenschappelijke weddenschap tussen de natuurkundigen Stephen Hawking en Kip Thorne. Hawking wedde in 1974 dat het hier niet ging om een zwart gat. In 1990 gaf Hawking toe dat hij de weddenschap had verloren.

In het meest recente onderzoek maakte een internationaal team van astronomen gebruik van de Very Long Baseline Array, een netwerk van radiotelescopen bestaande uit 10 grote schotels verspreid over de Verenigde Staten en een slimme techniek om afstanden te bepalen in het heelal.

Als men het object vanuit verschillende locaties kan bekijken dan kan de afstand worden berekend door te kijken naar de verplaatsing van het object ten opzichte van de achtergrond.

Dit is hetzelfde als je je vinger voor je ogen houdt en er met een oog tegelijkertijd naar kijkt. Je zal zien dat je vinger van de ene naar de andere plek lijkt te springen. Dit is hetzelfde principe als de astronomen nu hebben toegepast.

Cygnus X-1 waargenomen met de parallax-methode

De astronomen hebben gedurende zes dagen een volledige baan van het zwarte gat waargenomen en gebruikgemaakt van waarnemingen van hetzelfde systeem met dezelfde telescopen in 2011. Deze methode en de nieuwe metingen laten zien dat het systeem verder weg is dan eerder werd aangenomen en dat het zwarte gat aanzienlijk zwaarder is. Het zwarte gat is dermate zwaar dat astronomen zich afvragen hoe het is kunnen ontstaan.

Sterren verliezen door middel van stellaire winden materie maar om een zwart gat zó zwaar te maken moeten astronomen de hoeveelheid massa die heldere sterren tijdens hun leven kunnen verliezen herzien.

Het zwarte gat in het Cygnus X-1 systeem begon zijn leven als een ster met een massa van ongeveer 60 zonsmassa. De ster stortte tienduizenden jaren geleden in. Het opmerkelijke is dat het in slechts 5,5 dagen om zijn begeleider draait op een afstand van slechts 1/5^de van de afstand tussen de Aarde en de Zon. Die begeleider is een superreus.

De nieuwe waarnemingen geven aan dat het zwarte gat een massa heeft van meer dan 20 zonsmassa, dat is 50% meer dan eerdere berekeningen.

Met de nieuwe berekeningen over de massa van het zwarte gat en de afstand tot de Aarde waren de astronomen in staat om te bevestigen dat Cygnus X-1 enorm snel om zijn as draait; bijna met de lichtsnelheid en sneller dan enig ander bekend zwart gat.

Volgens jaar zal in Australië en Zuid-Afrika begonnen worden met de bouw van de grootste radiotelescoop ter wereld. De Square Kilometre Array (SKA). Deze telescoop is uitermate geschikt voor het bestuderen van stellaire zwarte gaten en astronomen hopen dan ook dat de nieuwe generatie radiotelescopen een grote bijdrage zal leveren aan onze kennis van het heelal en de exotische en extreme objecten die zich daarin bevinden.

Artikelen:

• “Cygnus X-1 contains a 21-solar mass black hole – implications for massive star winds” 18 February 2021, Science.
• “Reestimating the Spin Parameter of the Black Hole in Cygnus X-1” 18 February 2021, The Astrophysical Journal.
• “Wind mass-loss rates of stripped stars inferred from Cygnus X-1” 18 February 2021, The Astrophysical Journal.

Eerste publicatie: 19 februari 2021
Bron: SciTechDaily en anderen